ساختار و منشا میتوکندریها
میتوکندری چیست؟
میتوکندری، در یاخته (سلول)، اندامکی است که وظیفه آن تنفس سلولی و نوعی دستگاه انتقال انرژی است که موجب می‌شوند انرژی شیمیایی موجود در مواد غذایی با عمل فسفوریلاسیون اکسیداتیو، به صورت پیوندهای پرانرژی فسفات (آدنوزین تری‌فسفات) ذخیره شود. این اندامک در تمام یاخته‌های دارای تنفس هوازی به جز در باکتری‌ها که آنزیم‌های تنفسی آنها در غشای سیتوپلاسمی جایگزین شده‌اند وجود دارد.
نام «میتوکُندری» ترکیبی است از دو واژه یونانی Mito به معنای رشته و chondrion به معنی دانه. چون این اندامک اغلب رشته‌ای یا به صورت دانه‌های کوچک در سیتوپلاسم همه سلولهای یوکاریوتی وجود دارد. میتوکندریها محل اکسیداسیون سلولی هستند. در طی این عمل، کربن دی اکسید تولید می‌گردد و این همان کربن دی اکسیدی است که از سلول دفع می‌شود.
میتوکندری مانند کارخانه‌ای باعث تولید انرژی سلول می‌شود. میتوکندری مربوط به بافت یونی پستانداران که ماتریس و غشای آنها توسط میکروسکوپ الکترونی نمایش داده شده است. اندامکی متصل به غشا است که در اکثر سلولهای یوکاریوتی (سلولهای یوکاریوتی سلولهایی هستند که دنا (DNA) آنها در هسته سلول قرار دارد و در اکثر گیاهان، حیوانات، قارچ‌ها و دیگر اشکال جانداران تشکیل می‌شوند) وجود دارند.
ساختار میتوکندری
شکل میتوکندری ها متغیر اما اغلب رشته‌ای یا دانه‌ای می‌باشند. میتوکندری ها در برخی مراحل عمل خود می‌توانند به شکلهای دیگری درآیند. مثلا ، یک میتوکندری طویل ممکن است در یک انتهای خود متورم شده و یه صورتی شبیه گرز درآید. (مثلا در سلولهای کبدی چند ساعت بعد ورود غذا) یا ممکن است میان تهی شده و شکلی شبیه راکت تنیس به خود بگیرد. گاهی میتوکندری ها حفره مانند شده و دارای بخش مرکزی روشنی می‌شود. اما بعد از مدتی ، تمام این تغییرات به حالت اول برمی‌گردد.
ابعاد میتوکندری ها نیز متغیر است و در بیشتر سلولها ضخامت آنها ۵۰µm و طول تا ۷µm می‌رسد. اما متناسب با شرایط محیطی و نیز مرحله عمل سلول ، فرق خواهد کرد. در سلولهایی که هم نوع هستند یا دارای عمل مشترک می‌باشند دارای اندازه ثابت می‌باشند.
غشای خارجی: حدود ۷۵ – ۶۰ آنگستروم ضخامت دارد و از نوع غشاهای زیستی با ساختمان سه لایه‌ای می‌باشد. این غشا صاف و فاقد چین خوردگی است و هیچ ریبوزومی به آن نچسبیده، گاهی توسط شبکه آندوپلاسمی احاطه می‌شود اما هیچگاه پیوستگی بین این دو دیده نشده است.
اطاق خارجی: زیر غشای خارجی ، فضایی در حدود ۲۰۰- ۱۰۰ آنگستروم وجود دارد که به آن اطاق خارجی گفته می‌شود. که شامل دو بخش است: فضای بین دو غشا و فضای درون تاج ها یا کریستا ها یا کرتها. اما در برخی جاها غشای داخلی و خارجی بهم چسبیده و اندازه این فضا تقریبا صفر می‌شود.
در این مناطق در مجاورت دو غشا ، تراکمی از ریبوزوم های سیتوپلاسمی دیده می‌شود. به خاطر همین در نظر گرفته شده که این مناطق ، محل عبور پروتئینهای مورد نیاز از سیتوزول به میتوکندری می‌باشند. در این اطاق ، ترکیباتی مثل آب ، نمکهای کانی و یونها ، پروتئینها ، قندها ، و چربیها SO2 ، O2 ، ATP و ADP وجود دارند. مقدار آب ، بر اندازه کریستاها و در نتیجه بر ساخت ATP تاثیر گذار است.
غشای داخلی: ضخامتش مثل غشای خارجی است اما ترکیب شیمیای آن فرق می‌کند. دارای چین‌خوردگیهای فراوانی است که به چینها ، تاج یا کریستا گفته می‌شود. این چینها برخلاف سلولهای گیاهی ، در سلولهای جانوری منظم قرار گرفته‌اند.
اطاق داخلی: فضای درونی میتوکندری که بوسیله غشای داخلی دربرگرفته شده، اطاق داخلی گویند. که از ماده زمینه‌ای با بستره دربر گرفته شده است که ترکیب و ویژگیهای کلی آن ، شبیه سیتوزول می‌باشد و دارای آنزیم های خاص و ریبوزوم خاص خود (۷۰S شبیه سلولهای پروکاریوتی) می‌باشد. تعداد DNA ، بر حسب نوع و سن سلول فرق می‌کند و مثل پروکاریوت ها ، دارای سیتوزین و گوانین زیادی است در نتیجه در مقابل گرما مقاوم می‌باشد.
ژنوم میتوکندری
بررسی ها نشان می‌دهد که DNA سازی در میتوکندری صورت می‌گیرد. طبق این بررسی به وجود DNA در میتوکندری پی می‌بریم. علاوه بر همانند سازی RNA و DNA سازی ، پروتئین سازی هم در میتوکندری صورت می‌گیرد. این فراینده توسط آنزیمها و ملکولهای خاص خود اندامک صورت می‌گیرد. DNA میتوکندری اغلب موجودات حلقوی است. جایگاه DNA در ماده زمینه میتوکندری و بعضی مواقع چسبیده به غشای داخلی میتوکندری است. ژنوم میتوکندری سلولهای اغلب جانوران از ۲۰ – ۱۵ هزار جفت نوکلئوتید تشکیل یافته است و ژنوم میتوکندری در پستانداران حدود ۱۰۵ برابر کوچکتر از ژنوم هسته‌ای است.
محصولاتی که توسط DNA میتوکندری رمز می‌شوند شامل RNAهای ریبوزومی میتوکندری tRNA ها و برخی از پروتئینهای مسیر تنفس می‌باشد. بعضی از پروتئینهای میتوکندری نیز در هسته رمز می‌شوند و پس از ساخته شدن در سیتوزول وارد اندامک می‌شوند. مثال مفروض از صفتی که توسط ژنوم میتوکندری تعیین می‌شود، جهت پیچش صدف در حلزون است که از وراثت سیتوپلاسمی تبعیت می‌کند. در حقیقت این صفات توسط ژنوم میتوکندری که همراه میتوکندری‌های موجود در سیتوپلاسم وارد سلول تخم می‌شوند، انتقال می‌یابد و توارث به صورت تک والدی در اکثر آنها می‌باشد.
منشا میتوکندری
در این مورد سه حالت در نظر گرفته شه است:
۱- ساخت میتوکندری جدید:
برای ایجاد میتوکندری حفره های سیتوپلاسمی تشکیل می شود، که این روند با جوانه زدن و تغییر غشای پلاسمایی همراه است. جوانه ها رشد می کنند و در آن ها حجره هایی به وجود می آید بدین ترتیب کریستا تشکیل می شود.
۲- تغییر شکل غشای پلاسمایی به میتوکندری:
مطالعه ی یاخته ی کبد موش و تار عصبی خرچنگ ماهی نشان می دهد میتوکندری از غشای پلاسمایی چین خورده و شبکه ی اندوپلاسمی منشا گرفته اند. در برخی حالات میتوکندری از لایه لایه شدن غشای هسته به وجود می آید. برخی معتقدند میتوکندری در ابتدا باکتری بوده که با یاخته های یوکاریوت همزیستی داشته اند.
۳- همانند سازی میتوکندری:
وجود DNA,RNA و پروتئین ها همچنین سیستم سنتز فسفولیپید و مسیر ها پیچیده ی متابولیسمی همه دلیل بر منشا میتوکندری از میتوکندری قبلی است.
میزان سنتز میتوکندری توسط هسته کنترل می شود هر میتوکندری محتوی یک یا چند مولکل DNA است که در بخش مرکزی آن قرار دارد. مقدار RNA موجود در میتوکندری حداقل ۲۰ بار بیش از DNA است و تقریبا همه ی انواع tRNA در آن موجود است. وجود mRNA و ریبوزوم هادر میتوکندری نشان می دهد که سنتز پروتئین به طور کامل درون میتوکندری انجام می شود.
